抗高鈣鹽白油基鉆井液沖洗液室內(nèi)研究

李懷科，李超

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北燕郊065201）

抗高鈣鹽白油基鉆井液沖洗液室內(nèi)研究

李懷科，李超

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)研究院，河北燕郊065201）

油基鉆井液完鉆后殘留在套管和井壁的油污會(huì)影響固井水泥與地層的膠結(jié)強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致固井質(zhì)量。為有效清洗殘留的油污，提高水泥環(huán)與地層之間的親水性，本文分析了5#白油的組份及碳數(shù)分布，構(gòu)建了一套抗高鈣鹽白油基鉆井液沖洗液，并對(duì)其潤濕性和清洗能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研制的沖洗液能夠?qū)⒂突酀{表面的親油性變?yōu)橛H水性，大大提高固井水泥漿的膠結(jié)質(zhì)量，同時(shí)，沖洗液對(duì)泥餅表面殘余油污具有很好的清洗效果。

沖洗液；油基鉆井液；清洗效率；高鈣鹽

油基鉆井液因其抑制性強(qiáng)，潤滑性好，可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用［1，2］。但鉆井結(jié)束后在井壁形成的泥餅往往會(huì)給后期固井作業(yè)帶來一定的難度，影響固井水泥與地層的膠結(jié)強(qiáng)度。通常現(xiàn)場在油基鉆井液完鉆后使用沖洗液溶解和沖刷粘附在套管和井壁上的油污及泥餅，以改善界面親水性能，提高水泥環(huán)界面的膠結(jié)性能和頂替效率，從而保證固井質(zhì)量。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)油基泥漿沖洗液進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并公布了其配方組成和加量［3-5］，單這些體系存在的問題是體系的抗鹽能力差，特別是抗高鈣鹽。本文分析了5#白油的組份和碳數(shù)分布，針對(duì)白油基鉆井液構(gòu)建了一套抗高鈣鹽白油基鉆井液沖洗液，室內(nèi)對(duì)其潤濕性和清洗能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研制的沖洗液能夠?qū)⒂突酀{表面的親油性變?yōu)橛H水性，大大提高了固井水泥漿的膠結(jié)質(zhì)量。同時(shí)，研制的沖洗液對(duì)泥餅表面殘余油污具有優(yōu)良的清洗效果。

1　油品分析

為針對(duì)性地選擇構(gòu)成沖洗液配方的適宜表面活性劑，室內(nèi)利用氣相色譜對(duì)5#白油的烷烴含量和碳數(shù)進(jìn)行分析，其碳數(shù)分布（見圖1）。分析發(fā)現(xiàn)5#白油主要以異構(gòu)烷烴為主，占89.21%，其余直鏈烷烴。碳數(shù)分布圖表明，5#白油的碳數(shù)分布區(qū)間較窄，碳數(shù)主要集中在C16～C20。因此，根據(jù)5#白油的碳數(shù)分布，在選擇沖洗液表活劑的時(shí)候應(yīng)該按照碳數(shù)相近的原則，即選用的表面活性劑的碳數(shù)與所要清洗的油的碳數(shù)相當(dāng)。

圖1　5#白油碳數(shù)分布圖

2　沖洗液組成及清洗機(jī)理

為了使體系在高鈣鹽環(huán)境下具有良好的清洗效果，研制的沖洗液是由一種陰離子表面活性劑、兩種非離子表面活性劑組成。沖洗液清洗油基泥漿油污可以分為兩個(gè)過程：（1）沖洗液首先通過吸附作用附著在油污表面，再通過滲透作用進(jìn)入油污內(nèi)部，依靠極地的界面張力，使油污與井壁之間的潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，從而使油污從井壁自然脫離；（2）脫離的油污通過乳化、增容作用均勻地分散在沖洗液中，防止沉積造成二次污染或堵塞。

3　沖洗液性能評(píng)價(jià)

目前，沖洗液的性能評(píng)價(jià)還沒有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)內(nèi)通常采用潤濕性和清洗效率來評(píng)價(jià)沖洗液對(duì)套管潤濕性的改變和沖洗效果。

3.1潤濕性評(píng)價(jià)

沖洗液沖洗的目的之一就是改善界面的親水性能，使其與水泥環(huán)良好的膠結(jié)。室內(nèi)利用接觸角測(cè)定儀測(cè)定采用測(cè)定接觸角來評(píng)價(jià)沖洗液對(duì)套管界面的潤濕性的改變程度。評(píng)價(jià)程序如下：

（1）測(cè)量潔凈的鋼板表面與水的接觸角；

（2）將鋼板浸入白油基鉆井液中30 min，取出后在室溫下（25℃）晾干，然后測(cè)其與水的接觸角；

（3）將沾有油基泥漿的鋼板浸入沖洗液中30 min，取出后在室溫下晾干，再次測(cè)量接觸角。

沖洗液清洗前后鋼板表面接觸角的變化情況（見圖2）?？梢钥闯?，沖洗液清洗前，沾有油基泥漿的鋼板與水的接觸角為81.7°，水在其表面呈球狀，無法有效鋪展；而近沖洗液清洗后，鋼板與水的接觸角降低至25.9°，水在表面完全鋪張開，說明經(jīng)沖洗液清洗后鋼板表面的潤濕性明顯從油潤濕變?yōu)樗疂櫇?，有利于提高水泥漿與套管和地層的膠結(jié)質(zhì)量。

圖2　清洗前后鋼板接觸角的變化

3.2沖洗效率評(píng)價(jià)

通常采用六速旋轉(zhuǎn)粘度儀模擬套管來評(píng)價(jià)沖洗液對(duì)油基泥漿泥餅的清洗能力，但該方法在粘度計(jì)外筒形成的泥餅較薄，且不能真實(shí)反應(yīng)井下泥餅的真實(shí)情況。為了更有效模擬井下情況，室內(nèi)自行研制了一套清洗液裝置，該裝置主要由清洗容器、泥餅固定盤（API泥餅和HPHT泥餅）以及攪拌裝置三大部分組成。其簡易裝置圖（見圖3）。

3.2.1濃度對(duì)沖洗液清洗效率的影響室內(nèi)配置不同濃度的沖洗液，利用沖洗液評(píng)價(jià)裝置評(píng)價(jià)其對(duì)120℃老化16 h后的白油基鉆井液高溫高壓泥餅的清洗能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4）。從圖4可知，隨著沖洗液濃度的增加，清洗能力不斷升高，當(dāng)濃度達(dá)到10%時(shí)，沖洗液的清洗能力達(dá)到最佳。

圖3　沖洗液清洗效率評(píng)價(jià)裝置示意圖

3.2.2溫度對(duì)沖洗液清洗效率的影響考慮現(xiàn)場使用情況，進(jìn)一步評(píng)價(jià)溫度對(duì)沖洗液清洗效率的影響，室內(nèi)測(cè)試了不同溫度下沖洗液對(duì)白油基鉆井液的清洗效率（見圖5）。從圖5可以看出，隨著溫度的升高，清洗效率逐漸升高，當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)，清洗效率在常溫下達(dá)到最大值。這是由于表面活性劑溶解性和分子熱運(yùn)動(dòng)隨著溫度的升高而加快，與泥漿接觸的幾率大大升高。

圖5　不同溫度下10%濃度清洗液泥餅清洗效率

3.3穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

對(duì)比了含40%CaCl2的沖洗液清洗前后溶液的狀態(tài)（見圖6），可以看出，清洗后的沖洗液只是外觀顏色變深，并未出現(xiàn)分層。說明清洗下來的油污在表面活性劑乳化作用下完全增溶在沖洗液中，形成水包油穩(wěn)定體系。

圖6　沖洗液清洗前后狀態(tài)（左：清洗前；右：清洗后）

4　結(jié)論

（1）沖洗液能夠顯著降低白油基鉆井液泥餅的接觸角，將親油表面改為親水環(huán)境，有利于固井界面膠結(jié)質(zhì)量。

（2）沖洗液具有很好的清洗效果，能夠有效清洗泥餅表面殘余的油污，通過乳化、增容作用均勻地分散在沖洗液中，防止沉積造成二次污染或堵塞。

［1］鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)［M］.北京：中國石油大學(xué)出版社，2006∶236-261.

［2］劉緒全，陳敦輝，陳勉，等.環(huán)保型全白油基鉆井液的研究與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2011，28（2）：10-12.

［3］王翀，謝飛燕，劉愛萍，等.油基鉆井液用沖洗液BCS-020L研制及應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2013，35（6）∶36-39.

［4］任春宇，陳大鈞.RC型沖洗液性能的室內(nèi)研究［J］.鉆井液與完井液，2012，29（6）∶68-70.

［5］徐明，楊智光，等.油包水鉆井液耐高溫沖洗液YJC-1的研究與應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2001，18（4）：11-15.

Laboratory study of flushing fluid for white oil oil-based muds with high calcium

LI Huaike，LI Chao
（Oilfield Chemicals R&D Institut，COSL，Yanjiao Hebei 065201，China）

For drilling with oil-based mud，the oil contamination and film attached on wellbore or casing wall affect cementation strength severely and cementing quality.To effectively clean residual oil contamination，as well as improve the compatibility between cement sheath and well surfaces.The paper analysed the composition of No.5 white oil，a flushing fluid was developed，wettability and cleaning ability were evaluated.The results showed that the flushing fluid changed the surface of oil-based muds from hydrophobicity to hydrophily to improve cementing quality，also had high cleaning efficiency.

flushing fluid；oil-base drilling fluids；cleaning efficiency；high calcium

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.023

TE256.6

A

1673-5285（2015）05-0098-03

2015－03-17

中海油田服務(wù)股份有限公司科技項(xiàng)目“微乳液在鉆完井液中的應(yīng)用研究”的部分研究內(nèi)容。

李懷科，男（1983-），工程師，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）鉆井工程專業(yè)，現(xiàn)從事鉆完井液技術(shù)研發(fā)工作，郵箱：lihk6@cosl.com.cn。